Исследование емкостного автогенераторного принципа оценки шероховатости поверхности Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

Научная статья на тему 'Исследование емкостного автогенераторного принципа оценки шероховатости поверхности' по специальности 'Машиностроение' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Журнал
Выпуск № 1 (145) /
Коды
  • ГРНТИ: 55 — Машиностроение
  • ВАК РФ: 05.02.00
  • УДK: 621
  • Указанные автором: УДК:620.179.118.7

Статистика по статье
  • 38
    читатели
  • 9
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • АВТОГЕНЕРАТОР
  • ШЕРОХОВАТОСТЬ
  • ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ
  • КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ
  • ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК
  • OSCILLATOR
  • ROUGHNESS
  • ADDITIONAL CAPACITY
  • SURFACE QUALITY
  • CAPACITIVE SENSOR

Аннотация
научной статьи
по машиностроению, автор научной работы — ГРЕКОВ КОНСТАНТИН СЕРГЕЕВИЧ, ДОЛГАНЕВ ЮРИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ, КОСЫХ АНАТОЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

В статье анализируются уже имеющиеся принципы оценки качества поверхности, а также предложен новый принцип на основе автогенератора с дополнительной емкостью, позволяющий оценивать шероховатость поверхности в соответствии с современным состоянием научных исследований. Проведен анализ вариантов применения предлагаемого принципа, а также исследованы результаты компьютерного моделирования, по которым сделаны выводы о применимости принципа.

Abstract 2016 year, VAK speciality — 05.02.00, author — GREKOV KONSTANTIN SERGEEVICH, DOLGANEV YURIY GRIGORIEVICH, KOSYH ANATOLIY VLADIMIROVICH

The paper describes existing methods evaluating the quality of surface; it is suggested a new method autogenerating evaluation method of surface quality in accordance with the current state of scientific research. There is carried out research of applications of the proposed method, and investigated the results of computer simulation, which are conclusions of applicability of the method.

Научная статья по специальности "Машиностроение" из научного журнала "Омский научный вестник", ГРЕКОВ КОНСТАНТИН СЕРГЕЕВИЧ, ДОЛГАНЕВ ЮРИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ, КОСЫХ АНАТОЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

 
close Похожие темы научных работ
Читайте также
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по машиностроению , автор научной работы — ГРЕКОВ КОНСТАНТИН СЕРГЕЕВИЧ, ДОЛГАНЕВ ЮРИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ, КОСЫХ АНАТОЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Текст
научной работы
на тему "Исследование емкостного автогенераторного принципа оценки шероховатости поверхности". Научная статья по специальности "Машиностроение"

А. А. Светлаков, Н. В. Старовойтов // Омский научный вестник. - 2006. - № 7 (43). - С. 106-108.
5. Светлаков, А. А. Обобщенные обратные матрицы: некоторые вопросы теории и применения в задачах автоматизации управления процессами / А. А. Светлаков. - Томск : Изд-во НТЛ, 2003. - 388 с.
6. Ильин, В. А. Основы математического анализа : учеб. для вузов. В 2 ч. Ч. 1 / В. А. Ильин. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 648 с.
МАЙСТРЕНКО Андрей Васильевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры
электронных средств автоматизации и управления. СВЕТЛАКОВ Анатолий Антонович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры электронных средств автоматизации и управления. СТАРОВОЙТОВ Николай Владимирович, кандидат технических наук, младший научный сотрудник кафедры электронных средств автоматизации и управления.
Адрес для переписки: maestro67@mail.ru
Статья поступила в редакцию 05.11.2015 г. © А. В. Майстренко, А. А. Светлаков, Н. В. Старовойтов
УДК 620.179.118.7
К. С. ГРЕКОВ Ю. Г. ДОЛГАНЕВ А. В. КОСЫХ
Омский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ
ЕМКОСТНОГО АВТОГЕНЕРАТОРНОГО ПРИНЦИПА ОЦЕНКИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
В статье анализируются уже имеющиеся принципы оценки качества поверхности, а также предложен новый принцип на основе автогенератора с дополнительной емкостью, позволяющий оценивать шероховатость поверхности в соответствии с современным состоянием научных исследований. Проведен анализ вариантов применения предлагаемого принципа, а также исследованы результаты компьютерного моделирования, по которым сделаны выводы о применимости принципа.
Ключевые слова: автогенератор, шероховатость, дополнительная емкость, качество поверхности, емкостный датчик.
Введение. Долговечность работы деталей машин и приборов напрямую связана с качеством поверхностного слоя деталей, которое формируется в основном на финишных операциях механической обработки. Традиционные методы финишной обработки (шлифование, полирование и притирка) не всегда обеспечивают оптимальное качество поверхности обрабатываемой детали. При использовании абразивного материала его частицы внедряются в обрабатываемую поверхность, происходит шаржирование поверхности. После операции шлифования на поверхности изделия остаются следы от воздействия абразивной части обрабатывающего инструмента, микротрещины и т.д., которые не устраняются последующим полированием [1]. Подобные дефекты поверхности являются концентраторами напряжений и с них начинается разрушение поверхностного слоя деталей при эксплуатации, что снижает надежность деталей машин и приборов.
Состояние обработанной поверхности зависит от нескольких факторов: от свойств обрабатываемого материала; способа обработки (точение, фрезерование и т. д.); режимов обработки (скорость
резания, подача, глубина резания); жёсткости технологической системы; геометрических параметров инструмента; вида и способа подачи смазочно-ох-лаждающей жидкости и др. [2].
Методы оценки состояния поверхности. Оценка состояния поверхности изделий сопряжена со сложностями, диктуемыми разнообразной формой изделия: плоскость, цилиндр, шар, сложноли-нейная поверхность. Рассмотрим, какие существуют методы для оценки состояния поверхности.
Сравнительный бесконтактный метод. Способ основан на сравнении измеряемой поверхности с образцами шероховатости, регламентированными ГОСТ 9378-93 [3]. Стандарт распространяется на образцы шероховатости поверхности, предназначенные для сравнения визуально и на ощупь с поверхностями изделий, полученными после обработки.
Достоинством этого метода является простота и доступность. К недостаткам можно отнести: большое время для оценки состояния поверхности; качественный, а не количественный характер оценки; отсутствие информации о параметрах и дефектах неровности; необходимость применения дополнительного оборудования для более точной оценки
Рис. 1. Испытуемая схема автогенератора с кварцевым резонатором для исследования частоты генерации
Рис. 2. Схема генератора импульсов
(сравнительные микроскопы); полностью зависит от квалификации проверяющего — низкая точность; затруднительна оцифровка полученных данных; применяется при единичном производстве
Бесконтактный оптический метод. Оптический метод представляет собой измерение параметров шероховатости бесконтактными оптическими приборами [4], действие которых основано на принципе одновременного преобразования профиля поверхности, предназначенные для измерения параметров шероховатости поверхности. Согласно ГОСТ9847-79 применяются следующие типы оптических приборов: ПТС, ПСС, МИИ, МПИ [5]. Контролируемая
поверхность является идеально ровной, если в окуляре применяемого прибора щель будет иметь вид светящейся прямой линии. Если на поверхности имеется канавка, то в плоскости окуляра наблюдается искривленная светящаяся линия [6].
Хотя современные микроскопы и используемые оптические приборы имеют довольно высокое качество отображения профиля поверхности, данный способ содержит в себе ряд существенных недостатков: узкая специализация данного метода (сложности оценки связанные с формой изделия или детали); оптическая постоянная должна быть неизменной на всем протяжении исследуемого
Рис. 3. Коэффициент передачи при последовательном соединении емкости — С=1мкФ; m2 — С=100 пФ)
Рис. 6. Коэффициент передачи S21 при параллельном соединении емкости — С=1мкФ)
Рис. 4. Коэффициент передачи при последовательном соединении емкости — С=100 пФ; m2 — С=5 пФ; m3 — С=1 пФ)
Рис. 7. Коэффициент передачи S21 при параллельном соединении емкости — С=10 нФ; m2 — С=5 нФ; m3 — С=1 нФ)
Рис. 5. Коэффициент передачи S21 при последовательном соединении емкости — С=100 фФ; m2 — С=60 фФ; m3 — С=40 фФ; m4 — С=20 фФ; m5 — С=1 фФ)
Рис. 8. Коэффициент передачи S21 при параллельном соединении емкости — С=1пФ)
участка поверхности; вертикальный диапазон измерений очень низкий и ограничен длиной волны испускаемого света; высокая стоимость оборудования для проведения анализа и сопоставления; необходимо учитывать коэффициент отражения поверхности;
Контактный (щуповой) метод. Большое распространение для определения параметров шероховатости поверхности контактным методом получили щуповые приборы, работающие по методу ощупывания поверхности иглой [7]. Опускаясь во впадины, а затем поднимаясь на выступы, игла колеблется относительно головки соответственно огибаемому профилю. Механические колебания иглы преобразуются, как правило, в электрические.
Снятый с преобразователя полезный сигнал усиливают, а затем измеряют его параметры. В щуповых приборах для измерения поверхности применяются индукционные, индуктивные, электронные и пьезоэлектрические преобразователи механических колебаний иглы в электрические сигналы.
Описанный выше метод является самым точным из всех исследованных, но также имеет некоторые недостатки: влияние на измерение особенностей щупа, связанных с его размером, формой, проскальзыванием, нагрузкой на поверхность, износом. Помимо этого, щуповой метод имеет низкую скорость измерения.
Емкостный автогенераторный принцип оценки параметров шероховатости поверхности. Наи-
Рис. 9. Спектр на выходе схемы с подключенной параллельно кварцевому резонатору емкостью A) С=100пФ; B) C=1пФ; С) С=0,8пФ
Рис. 10. Спектр на выходе схемы с подключенной последовательно кварцевому резонатору емкостью A) С=425пФ; B) C=300пФ; С) С=10пФ
более перспективным, на наш взгляд, может быть принцип, основанный на использовании кварцевого автогенератора с включенной измерительной емкостью в эквивалентную схему кварцевого резонатора [8]. При этом необходимо определиться в способе
увеличения информации о состоянии поверхности. Это может быть ЭЛТ (электронно-лучевая трубка), как указано в патенте. Устройство для измерения шероховатости электропроводных изделий содержащее емкостный преобразователь [9], образуемый
Исследование влияния последовательно подключенной емкости в цепь автогенератора на частоту генерации
Исследование влияния параллельно
подключенной емкости в цепь автогенератора на частоту генерации
S 30 --
20 --
-§- 10
о
100pF
10pF lpF 0,lpF lOfF IfF
Рис. 11
15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 14,9 13Д 30 30 30 30 30 Частота F, МГц
Рис. 12
3.
сi
г 1,5
Исследование влияния последовательно
подключенной емкости в цепь автогенератора на его спектр и мощность основной частоты генерации

3pF
lpF
I0,9pF
I
0.8pF
I
30,3 30,14 30.18 30,32 30,53 30,54 30,56 Частота F, МГц
Исследование влияния параллельно подключенной емкости в цепь автогенератора на его спектр и мощность основной частоты генерации
Рис. 13
Рис. 14
изделием и электродом, и блок преобразования емкости в электрический сигнал, подключаемый к выходу преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, электрод выполнен в виде электронно-лучевой трубки с диэлектрическим экраном, а к блоку преобразования емкости подключен ее катод.
Более продуктивной модификацией описанного выше метода является применение емкостного датчика — конкурента ЭЛТ, который может быть применен для исследования состояния поверхности изделий с любой формой и кривизной. Этот метод работает по принципу традиционного ощупывания поверхности [10]. Щуп с площадью, исключающей «залипание» во впадинах микронеровностей и содержащий обкладку конденсатора конечной площади, позволяющей модулировать спектр автогенератора в соответствии с формой профиля. Для того чтобы исследовать влияние емкостного датчика на схему автогенератора с кварцевым резонатором, воспользуемся системой автоматического моделирования ADVANCED DESIGN SYSTEM 2011.10 от компании Agilent Technologies. Изменяя значение емкости, проследим ее влияние на энергетический спектр собранной схемы и изменение частоты генерации (коэффициента передачи схемы S21) (рис. 1). Генератор импульсов собран на основе биполярного n-p-n транзистора и имеет вид, показанный на
рис. 2. В схеме применяется кварцевый резонатор, он работает на частоте 30 МГц и имеет добротность 50000. Далее будут представлены результаты моделирования с двумя вариантами подключения емкости в цепь автогенератора. Результаты представлены на рис. 3 — 8.
Для следующего исследования необходимо воспользоваться методом гармонического баланса (HB Simulation) [11]. Полученные данные представлены на рис. 9—10. Все результаты измерений представлены на рис. 11 — 14.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Отражена классификация имеющихся на сегодняшний день методов контроля качества поверхности и выявлены недостатки этих методов (узкая специализация, скорость сканирования, недостатки в критериях оценки).
2. Предложен метод контроля качества поверхности, учитывающий недостатки имеющихся методов, а также исследованы критерии, по которым возможно детектирование изменений профиля исследуемой поверхности за счет включенной в цепь автогенератора с кварцевым резонатором дополнительной емкости. В качестве таковой предполагается использование емкостного датчика.
3. Из результатов моделирования можно сделать вывод о том, что изменения значения емкости
оказывают влияние на энергетический спектр автогенераторной системы сканирования поверхности (рис. 9-10). Эту информацию возможно применять для достаточно точной оценки любых геометрических и физико-механических неровностей поверхности деталей.
4. Перспективы использования автогенераторного метода оценки качества поверхности связаны с проведением сравнительных исследований с другими подобными системами.
Библиографический список
1. Проблемы надежности и ресурса в машиностроении / Под ред. К. В. Фролова. - М. : Наука, 1986. - 248 с.
2. Контроль, прогнозирование и повышение надежности работы газовых промыслов и подземных газохранилищ /
B. И. Бирюков, В. Н. Виноградов [и др.]. - М. : ВНИИЭгаз-пром, 1984. - 46 с. - (Обзор. информ. Сер. Транспорт и хранение газа, вып. 4).
3. ГОСТ 9378-93. Образцы шероховатости поверхности (сравнение). - Взамен ГОСТ 9378-75 ; введ. 1997-01-01.01. -М. : Изд-во стандартов ИПК, 1996. - 12 с.
4. Кобенко, В. Ю. Определение качества поверхности бумаги методом фрактального анализа / В. Ю. Кобенко,
C. З. Ихлазов, А. В. Голунов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2011. - № 3 (103). -С. 330-335.
5. ГОСТ 9847-79. Приборы оптические для измерения параметров шероховатости поверхности. Типы и основные параметры. - Введ. 1981-01-01. - М. : Изд-во стандартов ИПК, 1979. - 8 с.
6. Назаров, Ю. Ф. Методы исследования и контроля шероховатости поверхности металлов и сплавов / Ю. Ф. Назаров,
А. М. Шкилько, В. В. Тихоненко, И. В. Компанеец // Физическая инженерия поверхности. — 2007. — №3-4. — С. 207 — 216.
7. J. F. Song and T. V. Vorburger, Stylus profiling at high resolution and low force, Applied Optics, Vol. 30, Issue 1, pp. 42-50 (1991).
8. Мальков, О. В. Измерение параметров шероховатости поверхности детали / О. В. Мальков, А. В. Литвиненко. — М. : Изд-во МГТУ им. Баумана, 2012. — С. 42 — 58.
9. Пат. 1566629 Российская Федерация, МПК G01B 7/00. Устройство для измерения шероховатости электропроводных изделий / Греков К. С., Долганев Ю. Г. ; заявитель и патентообладатель Греков К. С., Долганев Ю. Г. — № 2015118952/28 ; заявл. 20.05.2015 : опубл. 10.11.2015, Бюл. № 31. — 1 с.
10. А. с. 781557 СССР, МКИ G01B7/34. Устройство для измерения шероховатости электропроводных изделий / Ю. Г. Долганев, В. Н. Кулагин. — № 2707828/25-28 ; за-явл.05.01.79 ; опубл. 23.11.80.
11. Глава 1. Основные виды анализа и методика их применения [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://cmpo. vlsu.ru/reason/wp8/ADS_RUS/Chapter1_Section5_Theory.htm (дата обращения: 06.04.2014).
ГРЕКОВ Константин Сергеевич, аспирант кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики» (РТУ и СД).
Адрес для переписки: stanleyipkiss87@gmail.com ДОЛГАНЕВ Юрий Григорьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры РТУ и СД. Адрес для переписки: dolganev47@mail.ru КОСЫХ Анатолий Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой РТУ и СД, ректор.
Статья поступила в редакцию 08.12.2015 г. © К. С. Греков, Ю. Г. Долганев, А. В. Косых
УДК 621.372.412
А. О. ЛОЖНИКОВ
Омский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ ТД СРЕЗА С УЛУЧШЕННОЙ МОНОЧАСТОТНОСТЬЮ
Показано, что модифицированная конструкция пьезоэлемента кварцевого резонатора ТД среза позволяет ослабить не только температурную моду, но и ангармонические колебания основной и температурной мод, что позволяет создавать схемы автогенератора повышенной надежности без опасности возбуждения неосновного колебания. Исследования проведены в широком интервале рабочих температур и диапазоне частот.
Ключевые слова: ТД срез, мода B, мода С, кварцевый резонатор, двухпово-ротный срез, моночастотность.
Кварцевые генераторы широко используются в качестве вторичных эталонов частоты в различных радиотехнических устройствах и системах. В случаях, когда требуется стабильность частоты генератора лучше, чем Ы0-8, используют кварцевые резонаторы двухповоротных срезов, в частности,
резонаторы ТД среза. Эти резонаторы имеют ряд преимуществ перед резонаторами одноповоротных срезов (АТ, ВТ), например, малую чувствительность к вибрациям и скачкам температуры. Однако у этих резонаторов при стандартной конструкции пьезоэлемента, когда два одинаковых электрода

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх